相比于在美國大片中頻頻出場的電磁炮，研發(fā)已久的電熱炮卻并不這般著名。然而，在實際武器成熟度上，電熱炮卻要遠高于常規(guī)電磁炮，也更加適合對現(xiàn)代武器裝備的繼續(xù)改造，很可能會在近期投入實戰(zhàn)裝備。
圖為電影“變形金剛”中的美軍電磁炮，搭載于伯克級驅(qū)逐艦
在此前的文章中提到過，電磁炮是基于電磁感應(yīng)原理，通過洛倫茲力發(fā)射彈丸的電能兵器。相比于現(xiàn)有化學(xué)能火炮，其能量轉(zhuǎn)換率更高，更容易實現(xiàn)高初速、高射程等優(yōu)秀彈道特性，被認(rèn)為是未來重要的打擊手段。而電熱炮的發(fā)射原理卻完全不同于電磁炮。電熱炮的發(fā)射原理更加接近于電爐燒水的過程，并非依靠電磁感應(yīng)提供動能，而是依靠電加熱特定介質(zhì)來完成能量釋放的過程。電熱炮主要分為兩種，一種是不依靠化學(xué)能發(fā)射藥的純電熱炮，完全依靠等離子發(fā)生器產(chǎn)生的高溫等離子體積膨脹來替代化學(xué)能火炮發(fā)射藥燃燒產(chǎn)生高溫高壓氣體，從而把彈藥發(fā)射出去。而另外一種電熱炮則更加接近于改進型的化學(xué)能火炮，其化學(xué)介質(zhì)使用的是可用于爆炸的特殊化學(xué)發(fā)射藥，在電熱炮的等離子發(fā)生器進行超高溫加溫的時候會同時引爆，從而實現(xiàn)化學(xué)能和電能的雙重利用，達到最高的能量輸出。目前來說，各國主要研究的方向都是第二種電熱炮，即化學(xué)電熱炮。
對于電熱炮來說，其使用進行加溫的介質(zhì)十分重要。以水為例，從環(huán)境溫度到氣化溫度的轉(zhuǎn)化需要提高150℃到60℃不等，而提高到等離子態(tài)所需的溫度則需要達到6500℃的高溫。而純金屬鐵雖然液化溫度高達1100攝氏度，變成等離子態(tài)卻只需要1400攝氏度。部分等離子體的溫度甚至可以直接用手觸摸，而部分等離子體卻卻幾乎僅存于聚變反應(yīng)堆和核試驗現(xiàn)場。一般來說，合格的電熱炮介質(zhì)需要能在常見溫度范圍內(nèi)進行穩(wěn)定形態(tài)的儲存，液體介質(zhì)不能凝結(jié)，固體介質(zhì)不能融化。而進行等離子化所需要的溫度則越低越好。對于化學(xué)電熱炮來說，則需要其介質(zhì)擁有一定的快速氧化還原反應(yīng)能力，并全部轉(zhuǎn)化為一種氣體。轉(zhuǎn)化的氣體要求同樣能在相對較低的溫度下轉(zhuǎn)化成等離子體，以降低所需的等離子發(fā)生器輸出功率。
就目前科技水平來說，已經(jīng)可以實現(xiàn)在坦克火炮上的電熱化學(xué)炮實用。美國此前在M-8型輕型坦克上就試驗了105毫米電熱化學(xué)炮。這一火炮替代了原裝的XM-291型120毫米滑膛炮，但是卻并沒有改變炮閂結(jié)構(gòu)，極大的方便了部隊的換裝。而這門105毫米電熱化學(xué)炮的炮口初速已經(jīng)超過了2000米每秒，相比于此前使用的穿甲彈有了較大的提高。而為這門電熱化學(xué)炮適配的供電、供彈設(shè)施也可以整合在輕型坦克內(nèi)部。雖然輕型坦克本身的發(fā)電機組無法提供足夠的電能，但是其所需的電力供應(yīng)并非無法解決。如果能基于電熱化學(xué)炮武器系統(tǒng)重新設(shè)計一種輕型坦克輛，部分強化輔助發(fā)電設(shè)備并重新設(shè)計彈藥布局，完全可能在現(xiàn)有輕型坦克輛的物理尺寸下實現(xiàn)電熱化學(xué)炮的實用化。
圖為美國電熱炮試驗輕型坦克
然而，電熱化學(xué)炮也有著不小的缺點，就是其成本高昂。無論是電熱化學(xué)炮需要的等離子發(fā)生器還是為其功能的超大容量電容組，甚至是為電容組充能的變壓轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，成本都遠遠超出了現(xiàn)代輕型坦克輛使用的化學(xué)能火炮。相比之下，電熱化學(xué)炮的動能卻沒有發(fā)生質(zhì)的提高。炮口初速2000米每秒對于現(xiàn)代化學(xué)能彈藥依然是可以實現(xiàn)的目標(biāo)，為此全面換裝電熱化學(xué)炮，重新設(shè)計輕型坦克輛和飛行體自然不是最好的選擇。為此，大多數(shù)研發(fā)電熱化學(xué)炮的國家都沒有直接開始特定型號輕型坦克輛的研發(fā)，而是繼續(xù)改進現(xiàn)有穿甲彈技術(shù)以提高其穿甲能力，滿足戰(zhàn)爭需要。
或許在不久的將來，伴隨著電力工業(yè)的持續(xù)發(fā)展，電熱化學(xué)炮和電磁炮將會很快出現(xiàn)在戰(zhàn)爭舞臺上。坦克上和戰(zhàn)艦上使用的常規(guī)化學(xué)能火炮會被從科幻片中“走出”的先進裝備取代。由于其穿甲能力的極大發(fā)展，很可能會再次顛覆地面戰(zhàn)爭的格局——大部分坦克都無法應(yīng)對初速高達2200米/秒高速的電熱化學(xué)炮穿甲彈，材料科技的局限也無法大幅度提升裝甲效果，最終輕型裝備、輪式裝備取代坦克的位置，成為各國武裝部隊的主力。（本文圖片來自網(wǎng)絡(luò)）
出品：科普中國
作者：矛隼工作室
